## PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI KERTAS KARTON DENGAN UP-FLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) DAN LUMPUR AKTIF
Kristaufan J.P.*, Sri Purwati**, Yusup Setiawan** *Perekayasa pada Balai Besar Pulp dan Kertas **Peneliti pada Balai Besar Pulp dan Kertas
e-mail : kristaufan@yahoo.com
Naskah diterima tanggal : 13 Januari 2010

## WASTEWATER TREATMENT OF BOARD PAPER INDUSTRY BY UP-FLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB) AND ACTIVATED SLUDGE

## ABSTRACT
Paper mill is one of the industries that discharge huge wastewater containing high pollutant. A low-rate wastewater treatment system is not adequate anymore to treat wastewater which has high dissolved  organic  pollutant.  Up-flow  Anaerobic  Sludge  Blanket  (UASB)  system  is  one  of  the anaerobic processes which has high efficiency and can be run at high organic loading rate as well. As post  treatment,  the  activated  sludge  could  further  reduce  organic  pollutant.  The  wastewater discharged from a paperboard industry was used on this research. Granular sludge was seeded into UASB  reactor  which  was  provided  by  a  biogas  measurement.  The  activated  sludge  reactor  was seeded by activated sludge taken from an aeration tank of a wastewater treatment of the paperboard mill. Varied HRT of 24, 18, 12, and 10 hours were implemented with organic loading rate of 0.88 – 4.65 kg COD/m 3 .day. Results indicated that the UASB reactor could reduce COD up to 87%, TSS up to 85%, and BOD 5 up to 95% at organic loading rate of 0.88 – 1.94 kg COD/m 3 .day. The wastewater threshold for the coarse paper industry COD of 175 mg/L, TSS of 80 mg/l, and BOD 5 of 90 mg/l could be  complied  by  the  results  of  the  treatments  accomplished  by  the  UASB  reactor  and  the  activated sludge process arrangement at the time retention of 18 – 24 hours.
Keywords : wastewater, activated sludge, granular sludge, paperboard industry, UASB

## INTISARI
Industri kertas karton adalah salah satu industri yang mengeluarkan air limbah dalam jumlah besar  yang  mengandung  bahan  pencemar  cukup  tinggi.  Sistem  pengolahan  air  limbah  yang berkategori low-rate kurang  sesuai  lagi  untuk  mengolah  air  limbah  yang  mengandung  cemaran organik  tinggi  dan  bersifat  kompleks  terlarut.  Sistem Up-flow  Anaerobic  Sludge  Blanket (UASB) adalah salah satu proses anaerobik  dengan  efisiensi tinggi yang  dapat beroperasi pada beban organik tinggi.  Proses  aerobik  sistem  lumpur  aktif    sebagai  pengolahan  lanjutan  dapat  menurunkan    kadar cemaran  organik  lebih  lanjut.  Pada  percobaan  digunakan  air  limbah  yang  berasal  dari  industri  kertas karton.  Lumpur  granul  digunakan  sebagai  bibit  lumpur  reaktor  UASB  yang  dilengkapi  dengan  alat pengukur  biogas.  Reaktor  lumpur  aktif  konvensional  yang  diberi  bibit  lumpur  aktif  dari  bak  aerasi Instalasi  Pengolahan  Air  Limbah  (IPAL)  industri  kertas  karton  digunakan  sebagai  pengolahan lanjutan. Waktu tinggal divariasikan secara bertahap dari 24 jam, 18 jam, 12 jam, dan 10 jam dengan laju  beban  organik  0,88  –  4,65  kg  COD/m 3 .hari.  Hasil  menunjukkan  bahwa  reaktor  UASB  dapat mereduksi  COD  dengan  efisiensi  tertinggi  87%, TSS 85%,  dan  BOD 5 95%  pada  laju  beban  organik 0,88 – 1,94 kg COD/m 3 .hari. Pengolahan air limbah dengan kombinasi UASB dan lumpur aktif pada waktu  tinggal  18  –  24  jam  telah  dapat  memenuhi  baku  mutu  air  limbah  industri  kertas  kasar  yaitu COD = 175 mg/l, TSS = 80 mg/l, dan BOD 5 = 90 mg/l.
Kata kunci : air limbah, lumpur aktif, lumpur granul, industri kertas karton, UASB

## PENDAHULUAN
Industri  kertas  karton  adalah  salah  satu industri  yang  mengeluarkan  air  limbah  dalam jumlah  besar  dan  mengandung  bahan  pencemar yang  cukup  tinggi.  Namun  di  sisi  lain  industri kertas ini  merupakan salah satu industri penting di  Indonesia  yang  cukup  besar  kontribusinya terhadap pendapatan negara dari nilai ekspornya.
Pada  umumnya  instalasi  pengolahan  air limbah  (IPAL)  industri  kertas  khususnya industri  kertas  karton  yang  sudah  ada, menggunakan  proses  pengolahan  secara  kimia dan  biologi  proses  lumpur  aktif.  Proses  kimia dan  proses  lumpur  aktif  konvensional  masih memiliki  keterbatasan  efisiensi,  membutuhkan biaya  operasi  dan  lahan  yang  besar  serta memerlukan  kontrol  proses  yang  lebih  serius. Dalam upaya meningkatkan efisiensinya, industri  kertas  umumnya  telah  melakukan sistem  daur  ulang  air  dan  serat  di  dalam  proses produksinya.  Konsekuensinya  air  limbah  yang dihasilkan  menjadi  lebih  pekat  dan  bersifat terlarut. Banyak kendala dan permasalahan yang timbul  dalam  operasi  IPAL  tersebut  yang disebabkan  oleh  perubahan  karakteristik  air limbah.  Teknologi  yang  berkategori low-rate tidak  sesuai  lagi  untuk  digunakan  mengolah  air limbah  yang  mengandung  cemaran  organik tinggi dan bersifat terlarut tersebut.
Beberapa  air  limbah  industri  pulp  dan kertas  yang  memiliki  polutan  organik  yang tinggi  dapat  diolah  secara  efektif  dengan  proses anaerobik (Ayati dan Ganjidoust, 2006). Dengan demikian,  proses  anaerobik  dengan  reaktor Up- flow  Anaerobic  Sludge  Blanket (UASB) memberikan  keunggulan  yang  prospektif  untuk diaplikasikan  secara  komersial  yang  sekaligus dapat  mengantisipasi  peraturan  baku  mutu  air limbah  yang  makin  ketat.  Selain  efisiensi  yang lebih  tinggi,  proses    UASB  dapat  dioperasikan pada  beban  organik  tinggi,  toleransi  terhadap shock loading (Shanmugam dan Akunna, 2008), tanpa memerlukan energi bahkan dapat memproduksi  energi  berupa  biogas,  serta relatif tidak  membentuk  lumpur  berlebih  (Garner, 1991).  Dengan  menurunnya  produksi  lumpur sebesar  0,05  -  0,15  kg  VSS/  kg  COD  terolah, biaya yang diperlukan untuk pengolahan lumpur selanjutnya  dapat  berkurang  (Ghangrekar  dan Kahalekar,  2003).  Secara  umum  penerapan IPAL  dengan  sistem  UASB  di  industri  kertas dapat meningkatkan kinerja IPAL dan
mereduksi  biaya  pengelolaan  lingkungan  secara keseluruhan.
Sistem  UASB  adalah  salah  satu  proses anaerobik  dengan  efisiensi  tinggi  yang  dapat mengolah  air  limbah  dengan  beban  organik relatif  tinggi.  Di  bawah  kondisi  mesofilik  pada beban  volumetrik  ≥  25  kg  COD/m 3 .hari  dan waktu  tinggal    ≤  5  jam,  sistem  pengolahan  ini dapat  mereduksi  COD  ≥    85%  (Lettinga, et  al ., 1980).  Pada  instalasi  UASB  yang  lain  dengan beban  organik  5,75  kg  COD/m 3 .hari,  efisiensi reduksi  COD  sebesar  80  –  85%  dapat  dicapai (Chinnaraj  dan  Rao,  2005).  Pada sistem  dengan beban  organik  maksimal  6  kg  COD/m 3 .hari, efisiensi  reduksi  COD  maksimum  sebesar 88,38%  dapat  diperoleh  (Natpinit, et  al .,  2004). Saat  musim  panas  dan  dingin,  kinerja  reaktor UASB  mencapai  nilai  efisiensi  reduksi  COD masing-masing  63%  dengan  beban  organik  2,2 kg COD/m 3 .hari dan 46% dengan beban organik 1,22  kgCOD/m 3 .hari  (Azimi  dan  Zamanzadeh, 2004). Hasil pengkajian instalasi pengolahan air limbah  pencucian  proses  penyulingan,  kinerja UASB dengan beban organik 8,7 kg COD/m 3 .hari,  reduksi  COD  sebesar  74,5% dapat dicapai (Kumar, et al ., 2007).
Kestabilan  operasi  dan  keberhasilan kinerja  sistem  UASB  sangat  tergantung  pada kualitas  lumpur  yang  memiliki  kecepatan pengendapan yang besar dan keaktifan metanogenik  tinggi,  yang  biasanya  terdapat dalam  bentuk  lumpur  granul.  Sifat  lumpur granul ini akan menyebabkan biomassa mikroba terfluidisasi  dan  kontak  lebih  baik  sehingga sistem  dapat  beroperasi  pada  beban  organik yang  jauh  lebih  besar.  Pengolahan  air  limbah dengan kondisi lumpur granul memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan lumpur flocculent yaitu  mempunyai  kecepatan pengendapan  dan  keaktifan  spesifik  yang  lebih besar  sehingga  memiliki  kapasitas  pengolahan air limbah yang jauh lebih tinggi. Pengembangan  pembentukan  lumpur  granul dalam  reaktor  UASB  yang  mengolah  beberapa jenis  air  limbah  telah  banyak  diteliti,  sehingga pembentukan  lumpur  granul  dalam  reaktor UASB sangat diperlukan dan dapat diaplikasikan  dalam  skala  komersial  (Wu  Wei- Min, dkk, 1985; De Zeeuw, 1987). Pembentukan  lumpur  granul  dari  lumpur flocculent anaerobik  dan  pemeliharaannya dipengaruhi  oleh  beberapa  parameter  yaitu komposisi  dan  suhu  air  limbah,  konfigurasi reaktor, kecepatan beban, dan kondisi
hidrodinamik yang  merupakan parameter paling penting (Kosaric, 1990).
Selain  reaktor  UASB,  sistem  pengolahan air  limbah  industri  perlu  dilengkapi  dengan reaktor  lumpur  aktif.  Secara  keseluruhan, kombinasi  sistem  pengolahan  air  limbah  ini memberikan  keuntungan  efisiensi  pengolahan. Sistem pengolahan yang  diawali dengan reaktor UASB  akan  terjadi  biodegradasi  oleh  bakteri anaerobik  yang  merombak  cemaran  organik kompleks menjadi struktur lebih sederhana yang selanjutnya  bersifat  mudah  dibiodegradasi  oleh bakteri  aerobik  dalam  proses  lumpur  aktif. Efisiensi reduksi COD 69 – 84 % dapat dicapai oleh  reaktor  UASB,  43  –  56%  dapat  dicapai oleh  sistem  lumpur  aktif,  dan  85  –  93%  dapat diperoleh oleh  sistem keseluruhan  (Von Sperling, et al ., 2001).
Dalam  penelitian  ini  operasi  reaktor UASB untuk air limbah kertas karton menggunakan  lumpur  granul  yang  telah terbentuk  dari  operasi  UASB  dari  air  limbah kertas  lain.  Makalah  ini  membahas  potensi  dan efektifitas  lumpur  granul  yang  terbentuk  dari hasil  operasi  UASB  digunakan  untuk  mengolah air  limbah  yang  berbeda.  Dari  hasil  penelitian yang  diperoleh  dapat  memberikan  gambaran bahwa  lumpur  granul  dapat  diproduksi  dan digunakan sebagai sumber mikroba yang efektif dan  efisien  dalam  mengoperasikan  sistem pengolahan UASB.

## BAHAN DAN METODA
Air limbah yang digunakan pada percobaan  ini  adalah  air  limbah  yang  berasal dari  industri  kertas  karton.  Lumpur  granul  yang digunakan  berasal  dari  lumpur  UASB  yang terbentuk  pada  pengolahan  air  limbah  proses pemutihan  pulp  yang  telah  memiliki  diameter sekitar  1  –  3  mm  dan  mempunyai  kecepatan pengendapan  92  –  150  cm/menit.  Ke  dalam reaktor UASB dimasukan bibit lumpur granular sebanyak  ±  40%  volume  reaktor  yang mengandung TS = 67940 mg/L dan VS = 58860 mg/L  sehingga  kadar  biomassa  dalam  reaktor adalah  MLSS  =  27176  mg/L  dan  MLVSS  = 23544 mg/L. Diagram alir percobaan pengolahan  air  limbah  yang  terdiri  dari  tangki umpan,  reaktor  UASB,  alat  ukur  biogas,  proses lumpur  aktif,  kompresor,  pompa,  dan diffuser . Sedangkan  rangkaian  percobaan  dapat  dilihat pada Gambar 1.
Reaktor  UASB  yang  digunakan  dalam percobaan  terbuat  dari fiber  glass transparan
berdiameter  dalam  10  cm,  tinggi  1,9  m  volume 15  L  yang  dilengkapi  dengan  alat  pengukur biogas  seperti  terlihat  pada  Gambar  1. Penambahan  makronutrisi  ke  dalam  tangki umpan  dilakukan  terdiri  dari  urea  sebagai sumber  N  dan  K 2 HPO 3 sebagai  sumber  P dengan perbandingan COD : N : P = 350 : 7 : 1. NaHCO 3 sebagai  buffer  dengan  konsentrasi 1.000  –  2.500  mg/L  dicampurkan  juga  dengan air  limbah  dalam  tangki  umpan.  pH  umpan reaktor UASB dipertahankan pada pH antara 6,5 –  7,0.  Pompa  peristaltik  digunakan  untuk mengalirkan  umpan  air  limbah  dari  tangki umpan  ke  reaktor  UASB  dengan  pengaturan debit  sebagai  perlakuan  waktu  tinggal  dalam reaktor.  Perlakuan  waktu  tinggal  diatur  dalam  4 tahap yaitu 24 jam, 18 jam, 12 jam, dan 10 jam. Effluen reaktor UASB ditampung dan dianalisa, sedangkan biogas yang terbentuk diukur dengan alat pengukur biogas.
Gambar 1.   Rangkaian Percobaan Pengolahan Air Limbah
Gambar 2.   Reaktor Lumpur Aktif
Reaktor  proses  lumpur  aktif  konvensional dalam  percobaan  ini  terbuat  dari fiber  glass transparan  mempunyai  volume  15  L  digunakan sebagai pengolahan lanjutan seperti terlihat pada Gambar  2.  Bibit  lumpur  aktif  yang  dimasukan ke  dalam  reaktor  lumpur  aktif  berupa  lumpur flocculent dari  bak  unit  aerasi  Instalasi Pengolahan  Air  Limbah  (IPAL)  industri  kertas
karton yang mengandung TS = 17620 mg/L dan VS  =  9080  mg/L  sebanyak  ±  20%  volume reaktor sehingga kadar MLSS = 3524 mg/L dan MLVSS = 1816 mg/L. Ke dalam reaktor lumpur aktif  dialirkan  udara  dengan  kompresor  melalui diffuser  supaya  kadar  oksigen  terlarut  didalam reaktor > 2 mg/L.
Lokasi pelaksanaan penelitian dan pengujiian ini dilakukan di Balai Besar Pulp dan Kertas (BBPK), Bandung.

## Metoda Pengumpulan Data
Dengan  waktu  sampling  seminggu  sekali, influen  dan  effluen  dari  reaktor  UASB  dan lumpur  aktif  di  analisa  kadar  parameter  COD, BOD 5 , TSS, pH, MLSS dan MLVSS berdasarkan Standard  Methods for  Examination of  Water  and  Waste  Water (APHA,  2005). Pengamatan  dan  pengujian  karakteristik  lumpur dilakukan  menggunakan Scanning  Electrone Microscope (SEM).  Kecepatan  pengendapan lumpur  granul  diukur  berdasarkan  metoda Andras,  dkk , (1989).  Volume  biogas  yang terbentuk  diukur  dengan  alat  pengukur  biogas seperti  pada  Gambar  10.  Alat  ukur  ini menggunakan  prinsip  bahwa  jika  biogas terbentuk  dari  reaktor  UASB  maka  biogas tersebut  akan  mendorong  air  sehingga  biogas akan  menempati  ruangan  yang  sebelumnya ditempati  air.  Dengan  demikian  biogas  yang masuk  ke  dalam  tabung  pengukur  biogas  dapat diukur volumenya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakteristik Air Limbah
Karakteristik  air  limbah  dari  industri kertas  karton  yang  digunakan  pada  percobaan ini seperti pada Tabel 1.
Tabel 1.   Karakteristik Air Limbah Industri Kertas Karton
Tabel  1  menunjukkan  bahwa  air  limbah kertas  karton  mengandung  cemaran  organik
cukup  tinggi  dengan  kisaran  nilai  COD  657  – 1939  mg/L  dan  BOD  79  –  1223  mg/L.  Atas dasar  rasio  kandungan  COD  terhadap  BOD yang  berkisar  antara  1,6  –  8,3  mengindikasikan bahwa  cemaran  organik  bersifat  kompleks  dan sulit  terbiodegradasi  secara  aerobik.  Dari  hasil analisa  TSS  menunjukkan  bahwa  cemaran padatan  tersuspensi  air  limbah  relatif  rendah. Karakteristik  air  limbah  seperti  tersebut  di  atas cukup  efektif  bila  diolah  dengan  proses anaerobik khususnya dengan reaktor UASB.

## Karakteristik Bibit Mikroba
Bibit  mikroba  yang  dipergunakan  pada UASB  adalah  bibit  anaerobik  yang  sudah berbentuk granul seperti terlihat pada Gambar 3, sebagai  lumpur  dorman  yang  telah  terinkubasi selama  periode  waktu  ±  1  tahun.  Dari  hasil analisa  lumpur  granul  memiliki  kepekatan dengan  kadar  padatan  total  (TS)  =  67940  mg/L dan  kadar padatan organik (VS) = 58860  mg/L. Dengan  rasio  VS/TS  =  86,6%  kondisi  ini menunjukkan  bahwa  lumpur  granul  tersebut memenuhi  syarat  digunakan  sebagai  bibit mikroba.  Berbeda  halnya  dengan  bibit  mikroba yang  digunakan  pada  pengolahan  aerobik lumpur  aktif.  Lumpur flocculent yang  berasal dari  unit  aerasi  memberikan  hasil  analisa  TS  = 17620  mg/L  dan  VS  =  9080  mg/L.  Kondisi lumpur yang  memberikan rasio VS/TS = 51,5% menunjukkan  kurang  baik  digunakan  sebagai bibit mikroba.
Kecepatan  pengendapan  bibit  lumpur granul  diukur  dengan  alat  seperti  pada  Gambar 4.  Hasil  pengukuran,  lumpur  granul  yang digunakan  memiliki  diameter  sekitar  1  –  3  mm dengan  kecepatan  pengendapan  antara  55  –  90 m/jam  yang  diklasifikasikan  bahwa  lumpur granul tersebut memiliki kecepatan pengendapan  medium  sampai  cepat  (Andras, dkk, 1989; Lettinga, et al ., 1980).

## Pengolahan Air Limbah dengan Reaktor UASB
Percobaan  pengolahan  air  limbah  dari industri  kertas  karton  dilakukan  dengan  reaktor UASB  dilanjutkan  dan  proses  lumpur  aktif konvensional  dalam  skala  laboratorium.  Waktu tinggal  diterapkan  secara  bertahap  dari  24  jam, 18 jam, 12 jam, dan 10 jam, seperti terlihat pada Gambar  5.  Pada  tahap  awal,  air  limbah  diolah terlebih  dahulu  di  dalam  reaktor  UASB  yang diberi  bibit  lumpur  granul  seperti  pada  Gambar
No.
Parameter Unit Konsentrasi 1. 2. 3. 4. COD T BOD 5 TSS pH mg/l mg/l mg/l - 657 - 1939 79 - 1223 62 - 825 6,56 – 7,20
3. dengan  kandungan MLSS = 27176 mg/L dan MLVSS = 23544 mg/L dan dioperasikan dengan waktu tinggal 24 jam.
Gambar 3. Bibit Lumpur Granul
Gambar 4. Alat Ukur Kecepatan Lumpur Granul
Gambar 5. Waktu Tinggal Percobaan
Nilai  influen  dan  efluen  reaktor  UASB, dan efisiensi pengolahan untuk parameter COD, BOD 5 dan TSS dapat terlihat pada Gambar 6, 7, dan  8.  Percobaan  yang  dilakukan  dengan kondisi  waktu  tinggal  24  jam,  selama  33  hari pertama,  berlangsung  pada  laju  beban  organik volumetrik 1,25 – 1,94 kg COD/m 3 .hari dan laju beban  organik  lumpur  0,05  –  0,08  kg  COD/kg VSS.hari.  Konsentrasi  COD  air  limbah  di  awal percobaan sebagai umpan reaktor UASB sekitar
1246  -  1936  mg/L  sedangkan  konsentrasi  COD efluennya  sekitar  221  –  937  mg/L.  Efisiensi reduksi  konsentrasi  COD  tersebut  dapat mencapai  87%.  Nilai  ini  lebih  tinggi  daripada percobaan UASB oleh Wongnoi dan Phalakornkule  (2004)  yang  mencapai  efisiensi reduksi  COD  sebesar  80%  dengan  laju  beban organik volumetrik 2 kg COD/m 3 .hari.
Percobaan  pengolahan  yang  dioperasikan dengan  laju  beban  organik  rendah  tersebut dimaksudkan agar berlangsung proses aklimatisasi/adaptasi bagi mikroba yang berbentuk  lumpur  granul  tersebut  dengan  air limbah  yang  diolah.  Perbedaan  karakteristik  air limbah  ternyata  tidak  memerlukan  waktu  yang lama  untuk  mikroba  beradaptasi.  Hal  ini  dapat dilihat  dari  kenaikan  efisiensi  reduksi  COD yang  bertahap  naik  dari  25%  hingga  mencapai 87% dalam periode waktu 33 hari pertama.
Pada tahap selanjutnya, percobaan dengan reaktor  UASB  dilakukan  dengan  kondisi  waktu tinggal  18  jam  dengan  laju  beban  organik volumetrik 0,88 – 1,49 kg COD/m 3 .hari dan laju beban  organik  lumpur  0,04  –  0,06  kg  COD/kg VSS.hari.  Percobaan  berlangsung  pada  periode waktu  ke-33  –  54  hari  atau  selama  20  hari. Konsentrasi  COD,  TSS,  dan  BOD 5 air  limbah sebagai umpan reaktor UASB adalah sekitar 657 -  1121  mg/L,  164  –  180  mg/L,  dan  79  –  140 mg/L,  kemudian  konsentrasi  COD,  TSS,  dan BOD 5 pada  efluennya  adalah  435  –  466  mg/L, 40  –  46  mg/L,  dan  69  –  125  mg/L.  Dengan kenaikan  laju  beban  organik  dari  0,88  ke  1,49 kg  COD/m 3 .hari,  efisiensi  reduksi  COD tertinggi  mengalami penurunan  hanya mencapai 67%.
Kemudian  percobaan  dengan  reaktor UASB  dilakukan  dengan  kondisi  waktu  tinggal 12  jam  dengan  laju  beban  organik  volumetrik 2,46  –  2,98  kg  COD/m 3 .hari  dan  laju  beban organik  lumpur  0,10  –  0,13  kg  COD/kg VSS.hari  yang  berlangsung  sampai  periode  ke- 75  hari.  Konsentrasi  COD,  TSS,  dan  BOD 5 air limbah  sebagai  umpan  reaktor  UASB  adalah sekitar  1231  -  1489  mg/L,  92  –  208  mg/L,  dan 357  –  649  mg/L,  kemudian  konsentrasi  COD, TSS,  dan  BOD 5 pada  efluennya  adalah  489  – 681  mg/L,  22  –  68  mg/L,  dan  50  –  310  mg/L. Dengan  kenaikan  laju  beban  organik  dari  2,46 ke 2,98 kg COD/m 3 .hari, efisiensi reduksi COD sedikit  mengalami  penurunan  hingga  efisiensi tertinggi hanya mencapai 61%.
Pada  tahap  akhir,  percobaan  dengan reaktor  UASB  dilakukan  dengan  kondisi  waktu tinggal  10  jam  dengan  laju  beban  organik
volumetrik 2,05 – 4,65 kg COD/m 3 .hari dan laju beban  organik  lumpur  0,09  –  0,20  kg  COD/kg VSS.hari. Konsentrasi COD, TSS, dan BOD 5 air limbah  sebagai  umpan  reaktor  UASB  adalah sekitar 854 - 1939 mg/L, 62 – 96 mg/L, dan 155 –  236  mg/L,  kemudian  konsentrasi  COD,  TSS, dan  BOD 5 pada  efluennya  adalah  443  –  965 mg/L,  44  –  80  mg/L,  dan  93  –  154  mg/L. Dengan  kenaikan  laju  beban  organik  dari  2,05 ke 4,65 kg COD/m 3 .hari, efisiensi reduksi COD mengalami  penurunan  pencapaian  tertinggi hanya mencapai 48%.
Efisiensi  reduksi  kadar  COD  berkurang pada  perubahan  waktu  tinggal  yang  semakin singkat,  demikian  juga  untuk  efisiensi  reduksi TSS  dan  efisiensi  reduksi  BOD 5 .  Hal  ini  dapat terjadi  karena  adanya  peningkatan  beban organik  akibat  peningkatan  kecepatan  umpan atau  debit  air  limbah.  Pada  awal  periode  waktu peningkatan beban organik akan membuat shock loading sehingga  aktivitas  mikroorganisme menurun,  namun  bila  mikroorganisme  cukup teradaptasi  dalam  periode  waktu  tertentu  maka efisiensi  reduksi  akan  cenderung  meningkat lagi.  Dalam  percobaan  ini  periode  waktu pengolahan  masing-masing  perlakuan  hanya berlangsung  20  hari  (lihat  Gambar  5).  Waktu yang  singkat  tersebut  belum  cukup  yang diperlukan  untuk  adaptasi  mikroorganisme terhadap kenaikan beban organik.
Gambar 6. Konsentrasi COD dan Reduksi
Gambar 7. Konsentrasi TSS dan Reduksi
Gambar 8. Konsentrasi BOD dan Reduksi
Pada penelitian ini, efisiensi reduksi COD yang  diperoleh  reaktor  UASB  untuk  seluruh percobaan  dengan  beban  organik  volumetrik 0,88  –  4,65  kg  COD/m 3 .hari  adalah  berkisar  25 –  87%.  Percobaan  lain  yang  dilakukan  oleh Ganesh,  dkk,  (2007)  untuk  dua  reaktor  UASB dengan beban organik volumetrik 0,80 – 4,80 kg COD/m 3 .hari  memperoleh  efisiensi  reduksi COD  UASB(A)  26,1  –  71,2%    dan  untuk UASB(B)  28,5  –  70,2%.  Secara  umum perbandingan  efisiensi  reduksi  COD  tersebut tidak  jauh  berbeda.  Perbedaan  yang  cukup terlihat  adalah  pada  nilai  efisiensi  reduksi  COD puncak  sebesar  87%  lebih  tinggi  daripada percobaan  (Ganesh,  dkk,  2007)  dengan  nilai 71,2%  dan  70,2%.  Nilai  efisiensi  reduksi  COD inipun  masih  lebih  tinggi  daripada  hasil  yang diperoleh  dari  percobaan  UASB  lain  yang dilakukan oleh Von Sperling, et al ., (2001) yang memperoleh efisiensi reduksi COD hingga 84%.
Dengan  perlakuan  waktu  tinggal  dari  24 jam  hingga  10  jam,  yang  memberikan peningkatan laju beban organik 531% memberikan  penurunan  efisiensi  reduksi  kadar pencemar  COD  dari  87%  menjadi  48%;  BOD 5 dari 95% turun menjadi 34%. Dari data tersebut dapat  dinyatakan  bahwa  peningkatan  beban organik  yang  drastis  masih  dapat  ditoleransi terhadap  penurunan  efisiensi  reduksi  pencemar organik.  Dengan  demikian  pengolahan  dengan lumpur granul mempunyai kemampuan adaptasi terhadap perubahan beban organik.
Sejalan dengan laju biodegradasi pencemar organik terjadi pula laju pembentukan biogas.  Data  yang  terlihat  pada  Gambar  9 memperlihatkan  fluktuasi  laju  biogas  yang terbentuk  cukup  lebar  berkisar  antara  27,4  – 264,9  L/m 3 .hari.  Percobaan  UASB  lain  yang dilakukan  oleh  Ganesh, et  al .,  (2007)  dengan laju  beban  organik  0,80  –  4,80  kg  COD/m 3 .hari dapat  membentuk  biogas  dengan  laju  284,3  –
425,1  L/m 3 .hari  untuk  UASB(A)  dan  280,6  – 448,1  L/m 3 .hari  untuk  UASB  (B).  Laju pembentukan  biogas  pada  percobaan  lain tersebut  lebih  tinggi  karena  jenis  air  limbah yang diolah berasal dari air limbah industri susu yang  lebih  mudah  didegradasi  dibandingkan dengan air limbah industri kertas. Disamping itu percobaan  UASB  pada  penelitian  ini  belum stabil dan belum mencapai kondisi optimal.
Gambar 9. Pembentukan Biogas

## Gambar 10. Pengukur Biogas

## Pengolahan Air Limbah lanjutan dengan Proses Lumpur Aktif
Hasil  pengolahan  air  limbah  lanjutan dengan  reaktor  lumpur  aktif  dapat  dilihat  pada Gambar 11, 12, dan 13. Pada Gambar 11 terlihat bahwa  efisiensi  reduksi  COD  pada  reaktor lumpur aktif untuk waktu tinggal 24 jam dan 18 jam  cukup  tinggi  yaitu  sebesar  84  –  95%  dari nilai  COD  influennya  221  –  937  mg/L menghasilkan efluen 98 – 167 mg/L. Kemudian dengan perlakuan perubahan waktu tinggal yang lebih  singkat  ke  12  jam  hingga  10  jam  yang berarti  meningkatkan  laju  beban  organik  dari 1,49  menjadi  2,46  kg  COD/m 3 .hari.  Nilai efisiensi  reduksi  COD  menurun  hingga  berkisar dari  19  –  75%,  sedangkan  percobaan  lumpur
aktif  lain  yang  dilakukan  oleh  Von  Sperling, et al ., (2001) mencapai nilai efisiensi reduksi COD 43  –  56%.  Nilai  maksimal  efisiensi  reduksi COD  yang  dicapai  percobaan  ini  masih  lebih tinggi daripada percobaan lumpur aktif oleh von Sperling, et  al .,  (2001).  Namun  untuk mendapatkan  pencapaian  baku  mutu  parameter COD  perlu  dioperasikan  laju  beban  organik pada waktu tinggal 18 – 24 jam.
Untuk  waktu  tinggal  24  –  10  jam,  pada Gambar 12 terlihat bahwa nilai TSS efluen yang dihasilkan  cukup  rendah  2  –  56  mg/L,  dengan efisiensi  reduksi  TSS  berkisar  dari  19  –  95%, yang  memberikan  nilai  efluen  dalam  kisaran memenuhi baku mutu.
Gambar 11. Konsentrasi COD dan Reduksi
Gambar 12. Konsentrasi TSS dan Reduksi
Gambar 13. Konsentrasi BOD dan Reduksi Hal  yang  tidak  jauh  berbeda  terjadi  pula dengan  kadar  BOD 5 dalam  waktu  tinggal  24  – 10  jam.  Pada  Gambar  13  terlihat  nilai  BOD 5 efluen cukup rendah 9 – 67 mg/L dalam kisaran memenuhi  baku  mutu  dengan  efisiensi  reduksi kadar  BOD 5 yang  memiliki  rentang  yang  lebar dari 19 – 91%, selain disebabkan dari perubahan beban  juga  karena  fluktuasi  dari  influennya yang  merupakan  hasil  dari  UASB.  Dengan demikian,  reaktor  lumpur  aktif  ini  walaupun kurang  adaptif  terhadap  beban  BOD 5 namun hasilnya masih mencapai baku mutu.

## Pengolahan Air Limbah dengan Kombinasi Reaktor UASB dan Lumpur Aktif
Nilai influen dan  efluen sistem  kombinasi UASB  dan  lumpur  aktif  beserta  nilai  efisiensi reduksi  total  untuk  parameter  COD,  TSS,  dan BOD 5 dapat dilihat pada Gambar 14, 15 dan 16. Dengan variasi waktu tinggal dari 24 jam hingga 10  jam,  sistem  gabungan  tersebut  dapat mencapai  reduksi  kadar  COD  dari  657  –  1939 mg/L ke 98 – 671 mg/L, reduksi BOD 5 dari 79 – 1223  mg/L  ke  9  –  67  mg/L,  dan  TSS  dari  62  – 825 mg/L ke 2 – 56 mg/L. Efisiensi reduksi total COD  yang  dapat  diperoleh  dengan  pengolahan gabungan  UASB  dan  lumpur  aktif  mencapai hingga  95%,  nilai  tersebut  masih  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  percobaan  oleh  Von Sperling, et  al .,  (2001)  sebesar  93%.  Kemudian untuk nilai efisiensi reduksi total BOD 5 dan TSS masing-masing mencapai nilai 99%.
Bila  dibandingkan  dengan  baku  mutu limbah  cair  untuk  industri  kertas  kasar  di Indonesia  yaitu  COD  =  175  mg/l,  BOD 5 =  90 mg/l  dan  TSS  =  80  mg/l,  nilai  efluen  proses lumpur  aktif  untuk  parameter  COD  dengan waktu  tinggal  24  jam  dan  18  jam  yang memiliki  nilai  98  –  167  mg/L  telah  terpenuhi baku mutu, sedangkan untuk nilai COD dengan waktu  tinggal  12  jam  dan  10  jam  yang memiliki  nilai  240  –  671  mg/L  belum memenuhi  nilai  baku  mutu.  Untuk  parameter TSS  dengan  nilai  2  –  52  mg/L  dan  BOD 5 dengan  nilai  9  –  67  mg/L  yang  diperoleh  dari proses  lumpur  aktif  dengan  perlakuan  waktu tinggal  dari  24  jam  hingga  10  jam  telah memenuhi nilai baku mutu.
Gambar 14. Konsentrasi COD dan Reduksi
Gambar 15. Konsentrasi TSS dan Reduksi
Gambar 16. Konsentrasi BOD dan Reduksi
Secara keseluruhan Gambar 17
menunjukkan  foto  warna  air  limbah  influen UASB,  efluen  UASB/influen  proses  lumpur aktif,  dan  efluen  proses  lumpur  aktif.  Dari gambar  tersebut  terlihat  bahwa  pengolahan gabungan  UASB  dan  lumpur  aktif  pada  kondisi operasi  waktu  tinggal  24  jam  selain  dapat menurunkan  polutan  organik  hingga  seluruh parameter  memenuhi  baku  mutu  dapat  juga meningkatkan  kualitas  warna  air  limbah  olahan menjadi jernih.

## Gambar 17.   Influen dan Efluen Reaktor UASB dan Lumpur Aktif

## KESIMPULAN
1. Pengolahan  dengan  kombinasi  anaerobik UASB dan aerobik lumpur aktif memberikan  hasil  yang  efektif  dalam mengolah  air  limbah  kertas  karton  hingga memenuhi nilai baku mutu.
2. Kinerja  UASB dengan menggunakan lumpur  granul  cukup  efektif  dan  efisien dalam  meningkatkan  kualitas  efluen  pada kisaran laju beban relatif tinggi.
3. Pada  waktu  tinggal  24  jam  dipersingkat hingga  10  jam,  dengan  laju  beban  organik meningkat dari 0,88 – 4,65 kg COD/m 3 .hari, reaktor  UASB  dapat  mereduksi  COD hingga  87  %,  TSS  85%,  dan  BOD 5 95%, sedangkan  pada  proses  lumpur  aktif sebagai  pengolahan  lanjut  dapat  mereduksi COD  hingga  84  %,  TSS  95%,  dan  BOD 5 91%.
4. Pengolahan  air  limbah  dengan  kombinasi UASB dan lumpur aktif pada waktu tinggal 18  -  24  jam,  konsentrasi  efluen  COD  98  – 167  mg/L  telah  memenuhi  nilai  baku mutu,  demikian  pula  konsentrasi  efluen TSS dan BOD 5 dengan nilai masing-masing 2  –  52  mg/L  dan  9  –  67  mg/L.  Dengan waktu  tinggal  10  –  12  jam  hanya  TSS  dan BOD 5 yang  telah  memenuhi  nilai  baku mutu.

## DAFTAR PUSTAKA
Andras  E.,  Kennedy  K,  &  Richardson  D.A. 1989. Test  for  Characterizing  Settle ability  of  Anaerobic  Sludge ,  Environ. Techno. Lett.
APHA,  2005. Standard  Methods  for  the Examination  of  Water  and  Wastewater , American Public Health Association, New York. Ayati,  B.,  Ganjidoust,  H.  2006. Comparing  the Efficiency  of  UAFF  And  UASB  with Hybrid  Reactor  in  Treating  Wood  Fiber
Wastewater ,  Iran.  J.  Environ.  Health.  Sci.
Eng., Vol. 3, No. 1, 39-44. Azimi,  A.  A.,  Zamanzadeh,  M.,  2004. Determination  of  design  criteria  for
UASB reactors as a wastewater pretreatment  system  in  tropical  small communities, International  Journal  of Environmental  Science  &  Technology Vol. 1, No. 1, 51- 57. Chinnaraj. S., Rao, G. V. 2005. Implementation of  an  UASB  anaerobic  digester  at bagasse-based  pulp  and  paper  industry , Elsevier Ltd.
De  Zeeuw  WJ. Granular  sludge  in  UASB reactors.  In:  Lettinga  G,  Zehnder  AJB, Grotenhuis  JTC,  Hulshoff  Pol  LW, editors. 1987. Granular anaerobic sludge: Microbiology and technology . The Netherlands: Pudoc.Wageningen, 132–45.
Ganesh,  P.  S.,  Ramasamy,  E.  V.,  Gajalakshmi,
S.,  Sanjeevi,  R.,  and  Abbasi  S.  A.,  2007. Studies  on  treatment  of  low-strength effluents  by  UASB  reactor  and  its application to  dairy  industry  wash  waters. Indian  Journal  of  Biotechnology Vol  6, 234-238.
Garner, J.W. 1991. Environmental Solutions for the  Pulp  and  Paper  Industry .  Miller Freeman, San Francisco, 105-106.
Ghangrekar,  M.  M.,  Kahalekar,  U.  J.,  2003.
Performance  and  Cost  Efficacy  of  Two- stage Anaerobic Sewage Treatment , IE (I) Journal Vol 84.
Kosaric,  N.,  Blaszczyk,  R  &  Orphan,  L.  1990.
Factors Influencing formation and Maintenance  of  Granules  in  Anaerobic Sludge  Blanket  Reactors  (UASBR) ,  Wat. Sci. Tech., 22: 275 - 282. Kumar,G.S., et  al .  2007.  Anaerobic  Hybrid Reactor - A Promising Technology for the Treatment  of  Distillery  Spent  Wash, Journal  of  Indian  School  of  Mines , Vol.11, No.1 25-38.
Lettinga,G. et  al .,  (1980), Biotechnology  and bioengineering , 22, 699 – 734.
Natpinit,  S., et  al .  2004. Development  of Granule in UASB Reactor for Wastewater from  Fishery-based  Industry ,  The  Joint International  Conference  on  “Sustainable Energy  and  Environment  (SEE)”,  Hua Hin, Thailand.
Shanmugam,  A.  S.,  Akunna,  J.  C.,  2008.
Comparing the performance of UASB and GRABBR treating low strength wastewaters, Water Science &
Technology—WST, 58.1, 2008.
Von  Sperling,  M., et  al .  2001. Performance evaluation  of  a  UASB  –  activated  sludge system  treating  municipal  wastewater, Water Science and Technology Vol 43 No
11, 323–328.
Wongnoi, R., dan Phalakornkule, C., 2004. Efficiency Enhancement of Up-flow Anaerobic  Sludge  Bed  (UASB)  by  a
Modified  Three-phase  Separation .  The Joint International Conference on
“Sustainable  Energy  and  Environment (SEE)”, Thailand.
Wu  Wei-min,  Hu  Ji-cui,  Gu  Xia-sheng  (1985),
Properties  of  Granular  Sludge  in  Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)
Reactors and Its Formation, Proceeding of the  fourth  International  Symposium  on Anaerobic Digestion , Guan Zhou, China.